机械失效论文

1、机械失效分析与防护题 目：汽车主减速器传动齿轮的失效分析与防护学生姓名：学 号：专业班级： 2016年 6月27日汽车主减速器传动齿轮的失效分析与防护摘要：对于汽车来说，主减速器是传动部分重要的一环，也是较易出现故障的一个部件，其中其内的两个啮合传动齿轮出现失效的情况最为常见。本文结合汽车主减速器齿轮失效的真实事例，简要介绍了对于零部件进行失效分析的一般过程，主要分析了常见的几种主减速器传动齿轮失效形式、形成的原因以及预防与解决的措施，并对汽车的主减速器齿轮失效原因做一些猜想。关键词： 主减速器；齿轮；失效；防护引言零部件失效问题是实际工程生产中最为严重的问题之一。一方面由于需要对出现问题的零

2、部件进行回收、分析、改进、预防及再投产，这一系列过程浪费了大量的人力物力财力；另外由于零部件的失效很大可能造成人的生命和财产损失，比如由于汽车的某个零件失效可能会造成车祸。汽车主减速器是汽车底盘系统中核心零部件，传递汽车传动轴输入的扭矩，降低转速增大扭矩，实现转速差，保证汽车轮胎实现转弯或差速功能，对汽车底盘行驶系统的操控性和通过性有着至关重要的意义。暑假在一家汽车维修厂实习，一辆白色面包车被拖车拖进了我们维修厂，该客车发动机工作正常却无法行驶，经过师傅们检修，发现原因出现在主减速器啮合齿轮出现断齿，即所谓的“剃光头“，启动时只有主动小齿轮空转，被动大齿轮完全静止，这样就造成了动力无法传动到驱

3、动轮上。当时师傅们只是配置了相同型号的齿轮更换，想要从根本上解决就需要查找造成齿轮轮齿断裂的原因，本文对于此做了一些猜想。1 齿轮失效及失效分析1.1 齿轮失效及失效分析的内涵工程中，零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。而齿轮是最为常见的容易发生失效的一种零部件，也就是说，齿轮失去原有设计所规定的功能称为齿轮失效。失效分析是一门新兴发展中的学科，在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。在实际工程中，由于试验的相对单一，被认定“合格”的零部件在实际运行中因失效而无法正常工作的情况比比皆是，更换零部件只是饮鸩止渴，结合各种实际工况找到造成零部件失效的原因

4、，在此基础上找到解决方案，只有这样才能进行预防与改进，从源头上扼杀零部件的失效问题。1.2 齿轮失效分析的基本过程（1）根据生产说明确定齿轮的材料及其成分。齿轮的材料及其成分是其是否出现失效的原因之一，确定其材料是否满足该齿轮工况下的强度及硬度要求。（2）观察齿轮的失效部分，进行宏观分析。通过观察，可以大致判断齿轮失效的整个过程，也可以分析出引起其失效的可能原因。（3）利用显微镜观察金相组织，进行微观分析。这一过程主要进一步确定齿轮的材料及其成分以及它所经历的热处理过程，观察细微的失效结构，进一步确定失效过程以及失效原因，如疲劳、过载、断裂等。（4）总结齿轮失效原因以及找到对应的解决措施。2

5、常见汽车主减速器传动齿轮失效分析一般齿轮失效形式包括表面接触疲劳失效、齿轮弯曲断裂、磨损失效、齿面塑性变形。表面接触疲劳失效包括麻点疲劳剥落、浅层疲劳剥落、硬化层剥落；齿轮弯曲断裂包括疲劳断齿、过载断齿；磨损失效包括磨粒磨损、胶合磨损、腐蚀磨损、齿端冲击磨损；包括塑性变形、压痕、塑变褶皱。对于汽车主减速器传动齿轮，如图1所示，常见的失效形式主要有断齿、磨粒磨损、胶合磨损、压痕。图1 汽车主减速器传动齿轮2.1 断齿如图2所示，表面硬化的齿轮，一般在轮齿承受最大交变弯曲应力的轮齿根部产生疲劳断裂，断口成疲劳特征，即疲劳断齿；由于材料脆性过大或突然受到过载和冲击，在齿根处产生脆性折断，断口粗糙，即

6、过载断齿。图2 大传动齿轮断齿主减速器齿轮工作时，轮齿相当于一段悬臂梁，其齿根处所受弯曲应力最大，一经受力，齿根的一侧受拉伸，另一侧受压缩。此外齿轮在传递载荷时，齿根承受弯曲交变应力，在超过材料疲劳极限的弯曲交变应力作用下产生疲劳裂纹，引起折断。这一方面与齿轮的材料及热处理情况有关，另外也与齿轮的工作状态有关，比如由于颠簸引起的齿轮受到过载冲击。对此，我们需要选择合适的主减速器传动齿轮材料及热处理方式，能够在保证经济性的基础上正常运行时齿轮有足够的寿命，比如一般常用的材料20CrMnTi经淬火回火处理后可用于一般轻型车辆的主减速器；要尽量少在复杂路面上行驶，要安装有良好的减震装备，对齿轮做定期

7、维护等。2.2 磨粒磨损润滑介质中含有尖角硬质颗粒和金属屑粒，犹如刀刃切削轮齿表面，使表面几何形状发生畸变，沿滑动方向，有细而均匀的条痕，这类磨损的速率较正常磨损大、齿面发暗。磨粒磨损进一步发展的结果会使齿形改变，齿厚变薄，严重时会使齿顶变尖，磨得像刀刃一样，多见于开式传动。图3所示的是收到磨损的传动大齿轮。图3 磨损的传动大齿轮机动车主减速器发生磨粒磨损的原因主要是润滑油的油品不达标，或者润滑油长期不更换，导致其含有尖角硬质颗粒和金属屑粒，时时对齿轮表面进行切削；其次是在安装或维修主减速器过程中可能会有细小的颗粒杂质进入齿轮的缝隙中，时间长了造成磨粒磨损。针对以上两个原因，可以采取一些预防措

8、施：重视主减速器装配及维修过程中的清洁工作，保证装配及装配车间内环境及零件的清洁；选择合适的主减速器润滑油，润滑油的品质要高，气温低、负荷小，可选用粘度较小的润滑油，气温较高、负荷较重的车辆，选用粘度较大的油品，并且要定期更换润滑油。2.3 胶合磨损胶合磨损，也就是所谓的刮伤，轮齿表面在相对运动时，由于速度大、齿面接触点局部温度升高（热贴合）或低速重载（冷贴合）使表面油膜破坏、产生金属局部粘合而又撕裂，一般在接近齿顶或齿根部位速度大的地方，造成与轴线垂直的刮伤痕迹和细小密集的粘焊，齿面被破坏、噪音变大。胶合磨损产生的最主要原因就是润滑油膜发生了变化以及路况或行驶条件造成载荷变化。载荷增加时，出

9、现边界润滑，温度升高，进一步造成出现干摩擦，这样长时间下来，齿面将发生塑性流动，粘焊再一起，形成结点，当齿面相互滑动时，结点被撕开，如此循环交替，使齿面破坏趋于严重。影响齿面胶合的因素很多，它们是相互影响相互制约的，只要各因素配合不当，齿面就可能产生胶合磨损。对此，我们需要从源头上预防胶合磨损的发生，首先需要保证齿面间有效的边界润滑，比如严格控制主从动齿轮的轴向窜动、加工时加强齿轮重载前的对研走合等；其次要选择合适的润滑油，比如加一些清净分散剂。2.4压痕当有外界异物或从轮齿上脱落的金属碎片进入啮合部位，在齿面上压出凹坑，一般凹痕线平，严重时会使轮齿局部变形。对于汽车主减速器传动齿轮，会出现压

10、痕现象的原因外界异物，也就是在安装或维修主减速器过程中可能会有颗粒杂质进入齿轮的啮合部位中，使得齿轮高速旋转时，啮合力大，作用在杂质上使得杂质对两个齿面产生挤压塑性变形，长此以往产生深深地压痕 直至将齿轮压弯折断。为避免主减速器齿轮产生压痕失效，需重视主减速器装配及维修过程中的清洁工作，保证装配及装配车间内环境及零件的清洁；保证主减速器具有良好的密封性，尽量少在沙土路上行驶。3 汽车主减速器齿轮失效实例分析实例再现：暑假在一家汽车维修厂实习，一辆白色面包车被拖车拖进了我们维修厂，该客车发动机工作正常却无法行驶，经过师傅们检修，发现原因出现在主减速器啮合齿轮出现断齿，即所谓的“剃光头“，启动时只

11、有主动小齿轮空转，被动大齿轮完全静止，这样就造成了动力无法传动到驱动轮上。当时师傅们只是配置了相同型号的齿轮更换，没有说明造成的原因以及如何预防。据车主所说，这辆面包车是在二手车市场买的，购买后开了一年多，这说明这辆车各个零部件的性能都有不同程度的下降，而且很有可能在购买之前就已经出现了齿轮失效的征兆 ；此外我发现这辆车的轮胎缝隙中满是泥渍，可以猜想出这辆车跑过山路，如果要是次数过多，里程过长，长时间在恶劣的工况如颠簸下行驶，容易造成主减速器传动齿轮过载冲击，加速失效，此外若是密封不严，细小的沙粒很可能进入减速器内，磨损齿轮。当然这些只是通过当时的外观观察以及查阅一些资料总结出来的可能造成该车

12、齿轮失效的原因，或许还有如润滑油的影响，这些就需要仔细的观察和检测了。结束语齿轮传动是主减速器工作的重要一环，而啮合的齿轮也是主减速器最容易出现故障的地方。本文中就主减速器传动齿轮的失效形式、原因和预防做了讨论，我们可以看到润滑油的品质及更换周期对齿轮是否失效影响极大。同时对实际生活中出现的主减速器齿轮失效的实例做了简单地宏观分析，但由于条件的限制，无法通过金相实验等深入的分析主减速器齿轮的失效原因。参考文献1 郭志德，邵尔玉，庞钧. 齿轮的失效分析M.北京：机械工业出版社，1992.92 吉建平. 汽车主减速器齿轮早期磨损分析及预防措施J. 拖拉机与农用运输车,2008,02:98-99.3 贾西亚,关同立. 汽车主减速器常见故障的分析与研究J. 中小企业管理与科技(上旬刊),2015,11:273.4 安晓鹃,彭彦宏,郝春光. 主减速器齿轮的失效分析J. 拖拉机与农用运输车,2007,04:69-70.5 弋楠,杨健. 重型汽车后桥齿轮早期